基于檢驗批和BIM的高鐵建設(shè)信息化管理平臺構(gòu)建

唐 林，劉 恒，楊 柳

(1.西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 信息編碼與傳輸省重點實驗室，四川成都 611756; 2.軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院)，陜西西安 710043; 3.西南交通大學(xué)綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室，四川成都 611756)

隨著我國高速鐵路建設(shè)的持續(xù)發(fā)展、施工技術(shù)的不斷革新以及工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提升，傳統(tǒng)鐵路施工管理方式越來越難以滿足當(dāng)前鐵路工程施工建設(shè)的要求，研究新穎的管理技術(shù)成為迫切需求。

李鈺[1]等基于BIM數(shù)據(jù)平臺，綜合運用虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)、增強(qiáng)現(xiàn)實(Augmented Reality)等新型智能化技術(shù)，以施工階段施工人員的安全行為為出發(fā)點，構(gòu)建了信息化安全管理體系；王同軍[2]基于BIM技術(shù)闡述了鐵路工程管理平臺建設(shè)思路，論述了平臺發(fā)展模式；薛吉崗[3]提出驗評分離、強(qiáng)化檢測，突出過程控制，強(qiáng)調(diào)合格標(biāo)準(zhǔn)。同時引入了檢驗批概念，較好地解決了一次驗收的規(guī)模和范圍大小問題；歐陽新[4]基于鐵路建設(shè)工程檢驗批數(shù)據(jù)的特征，構(gòu)建了一個檢驗批基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，并在該平臺基礎(chǔ)上將檢驗批數(shù)據(jù)應(yīng)用于施工質(zhì)量管理、安全管理、進(jìn)度管理、投資管理以及物資設(shè)備管理，有效解決了檢驗批數(shù)據(jù)的采集、存儲及應(yīng)用問題；賈宏[5]分析了國內(nèi)設(shè)計行業(yè)BIM技術(shù)發(fā)展受阻的主要因素并給出相應(yīng)解決措施。文本基于檢驗批和BIM提出構(gòu)建高鐵建設(shè)信息化管理平臺，為實現(xiàn)鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、信息化和智能化提供設(shè)計思路。

1 BIM技術(shù)

BIM是建筑設(shè)施項目物理和功能特征的數(shù)字表達(dá)形式，為項目提供完整的、與實際一致的三維建筑模型。該模型不僅包含幾何信息，同時也包含了如專業(yè)屬性等非幾何信息。在建筑項目整個生命周期中，BIM數(shù)據(jù)共享的實現(xiàn)使得工程技術(shù)人員能夠正確理解各種信息并作出高效應(yīng)對。不同利益相關(guān)方可在BIM中對建筑信息進(jìn)行增、刪、改、查來支持和反映各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)，設(shè)計團(tuán)隊與各方建筑主體協(xié)同作業(yè)成為可能，在提高生產(chǎn)效率，節(jié)約設(shè)計成本和縮短施工工期方面發(fā)揮巨大的作用。

BIM使得建筑項目在整個生命周期內(nèi)的所有決策都在可視化狀態(tài)下進(jìn)行，不僅能夠模擬地質(zhì)災(zāi)害避難實驗，還能夠在建筑建造前期對各個專業(yè)施工的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，并對復(fù)雜項目進(jìn)行優(yōu)化。除此之外，BIM還能夠出具各專業(yè)圖紙及深化圖紙，使工程設(shè)計表達(dá)更加詳細(xì)。

2 工程質(zhì)量驗收中的檢驗批

檢驗批是新標(biāo)引入的概念，指按同一生產(chǎn)條件或按規(guī)定的方式匯總起來供檢驗用的、由一定數(shù)量樣本組成的檢驗體。檢驗批既是工程質(zhì)量驗收的基本單元，同時也是分項工程的組成部分。在新標(biāo)以前，分項工程一直是工程質(zhì)量驗收的基本單元。但是在實際施工過程中，一個分項工程往往由于規(guī)模過大、施工周期長、分布零散，導(dǎo)致不可能一次性完成驗收工作。此外，對多大規(guī)模和范圍內(nèi)的分項工程進(jìn)行一次驗收，業(yè)界也沒有具體的規(guī)定，造成了分項工程的驗收各行其是，規(guī)模大小相差甚遠(yuǎn)，驗收質(zhì)量也參差不齊。檢驗批的規(guī)定，很好地解決了驗收規(guī)模與范圍大小的問題，為強(qiáng)化驗收、過程控制提供方法和手段，保證工程施工質(zhì)量。

在實際施工項目質(zhì)量驗收過程中，相關(guān)技術(shù)人員在檢驗批驗收記錄表中按規(guī)定填寫具體檢驗的驗收數(shù)據(jù)并交由經(jīng)理確認(rèn)簽字，這些數(shù)據(jù)不僅可以作為檢驗批生效的憑證，同時還可以為質(zhì)量管理、安全管理以及投資管理提供可靠數(shù)據(jù)支撐。因此，檢驗批驗收是鐵路建設(shè)工程質(zhì)量驗收過程中極其重要的一環(huán)，為鐵路建設(shè)實現(xiàn)信息化、標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基礎(chǔ)。

3 基于檢驗批和BIM的高鐵建設(shè)信息化管理平臺

本節(jié)主要闡述基于檢驗批和BIM的高鐵建設(shè)信息化管理平臺的建設(shè)方案(圖1)。該管理平臺主要由基礎(chǔ)管理模塊、BIM管理模塊與檢驗批管理模塊構(gòu)成。該平臺采用B/S(Browser/Server)架構(gòu)，且配套相應(yīng)的移動端應(yīng)用程序。移動端應(yīng)用程序主要用于在實際施工現(xiàn)場完成施工現(xiàn)場記錄表以及檢驗批驗收記錄表的填寫，督促相關(guān)技術(shù)人員親臨施工現(xiàn)場，確保相關(guān)驗收數(shù)據(jù)的真實可靠；PC端則涵蓋了三個模塊，其中基礎(chǔ)管理模塊主要用于網(wǎng)站運維人員或系統(tǒng)管理員管理網(wǎng)站，保證網(wǎng)站的正常運作；BIM管理模塊主要用于BIM模型管理操作，通過數(shù)字化技術(shù)對施工建設(shè)項目進(jìn)行數(shù)字建模以便其在設(shè)計、建造、運行到拆除整個全生命周期內(nèi)都能夠充分發(fā)揮作用；檢驗批管理模塊主要用于技術(shù)人員在實際施工現(xiàn)場記錄相關(guān)數(shù)據(jù)后在客戶端規(guī)范錄入相關(guān)數(shù)據(jù)，以便后續(xù)能夠進(jìn)行相關(guān)分析與應(yīng)用。

客戶端采用前后端分離的方式進(jìn)行開發(fā)，前端開發(fā)采用以Vue為核心的輕量級框架，并將應(yīng)用部署于Nginx服務(wù)器上實現(xiàn)并發(fā)要求；后端開發(fā)以Spring MVC為核心的輕量級框架Spring Boot作為基礎(chǔ)核心框架，結(jié)合MyBatis及JPA作為MySQL數(shù)據(jù)庫持久層框架，并使用Redis作為緩存容器來設(shè)計后端應(yīng)用程序并部署在Tomcat服務(wù)器上實現(xiàn)與前端頁面進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。移動端采用Android開發(fā)，并結(jié)合生物識別、現(xiàn)場定位與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)技術(shù)人員在實際施工現(xiàn)場快速規(guī)范填寫現(xiàn)場記錄表與檢驗批驗收記錄表。

圖1 高鐵建設(shè)BIM信息化管理平臺

3.1 基礎(chǔ)管理模塊

基礎(chǔ)管理模塊是整個高鐵建設(shè)BIM信息化管理平臺的基本功能，也是BIM管理模塊與檢驗批管理模塊的基石。該模塊主要用于平臺管理員日常維護(hù)平臺的正常使用，管理員可在該平臺上完成用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、工作流程管理、后臺監(jiān)控等一系列基本功能。

用戶管理主要由用戶管理員新增、修改、刪除各個用戶的相關(guān)信息；角色管理與權(quán)限管理主要用于約束各個用戶在使用系統(tǒng)平臺時的身份與權(quán)限，不同的角色擁有不同的權(quán)限設(shè)置，同一用戶可以擁有一個或多個角色以便能夠在系統(tǒng)平臺上執(zhí)行多種操作，比如BIM管理、檢驗批管理等；工作流程管理主要用于在日常使用中，系統(tǒng)管理員能夠及時有效審批各流程，如用戶請假流程審批、驗收審批流程審批等，流程得到及時審批以便后續(xù)相關(guān)工作的進(jìn)行；后臺監(jiān)控則可以根據(jù)系統(tǒng)的日常使用情況作出相應(yīng)對策，如定時任務(wù)可以在特定時間點完成預(yù)定義任務(wù)，后臺數(shù)據(jù)庫備份使得系統(tǒng)運行有備無患。

3.2 BIM管理模塊

BIM管理模塊利用數(shù)字化技術(shù)，建立虛擬的、與實際情況一致的建筑工程三維模型供技術(shù)人員使用(圖2)。BIM模型中存儲著各個構(gòu)件的基本屬性、工程屬性等基本信息，用戶在BIM模型中點擊不同的建筑物即可查看其相應(yīng)的信息。

圖2 BIM模型

BIM管理模塊除了可以實現(xiàn)基本的模型操作外，還可以在建設(shè)項目設(shè)計之初模擬災(zāi)后建筑破壞仿真以便設(shè)計師能夠優(yōu)化設(shè)計；災(zāi)害發(fā)生后，可以對應(yīng)急救災(zāi)物資力量進(jìn)行標(biāo)注，有利于災(zāi)后救援物資的合理分配調(diào)度；也可以對災(zāi)情進(jìn)行實時上報，做好次級災(zāi)害發(fā)生防范工作；在建筑設(shè)施正常運行使用時，可以通過在BIM模型各個構(gòu)件添加相應(yīng)的監(jiān)測器以實時檢測建筑設(shè)施的運行情況，做好各項預(yù)防工作。在建筑設(shè)施施工階段，在BIM模型中可以根據(jù)已修建的建筑模擬建筑施工進(jìn)度，以便施工方能合理作出施工進(jìn)度安排；同時也可以在BIM模型中實現(xiàn)施工現(xiàn)場物資設(shè)備的定位追蹤，避免物資設(shè)備調(diào)用混亂；此外，在BIM模型中還可以將檢驗批驗收項目掛屬在各個構(gòu)件之下，在BIM模型中即可方便地查看各建筑物構(gòu)件檢驗批的驗收情況，對初次驗收不合格的、需要多次驗收的建筑進(jìn)行重點追蹤，實現(xiàn)質(zhì)量把關(guān)。

3.3 檢驗批管理模塊

檢驗批管理模塊按照建設(shè)工程、標(biāo)段、專業(yè)工程、單位工程、分部工程、分項工程、檢驗批驗收工程的順序依次創(chuàng)建檢驗批驗收項目，即檢驗批驗收項目掛屬于分項工程，一個分項工程下可掛屬多個檢驗批驗收工程。為了能更加方便地完成檢驗批驗收數(shù)據(jù)的錄入工作，檢驗批管理模塊不僅僅支持相關(guān)技術(shù)人員在客戶端進(jìn)行操作，同時也支持在實際施工現(xiàn)場使用智能移動終端設(shè)備來完成錄入。而施工現(xiàn)場往往很復(fù)雜，同時也為了督促相關(guān)技術(shù)人員親臨施工現(xiàn)場完成數(shù)據(jù)錄入工作，可以將生物識別、坐標(biāo)定位與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換相結(jié)合達(dá)到高效錄入數(shù)據(jù)的目的。生物識別技術(shù)具有無法復(fù)制的特性，可以很好地監(jiān)督相關(guān)技術(shù)人員親臨施工現(xiàn)場，通過自身的固有特性，表明當(dāng)前完成數(shù)據(jù)錄入操作人員的身份合法，通常情況下選用指紋識別來驗證操作人員的身份。而坐標(biāo)定位與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換則可以幫助相關(guān)工作人員在施工現(xiàn)場待驗收建筑設(shè)施附近快速自動篩選出檢驗批驗收工程，更加方便地完成驗收數(shù)據(jù)的錄入。通常情況下，在實際施工現(xiàn)場中往往只有構(gòu)件才具有坐標(biāo)，而檢驗批驗收工程僅僅只是邏輯上的抽象，不具有實際地理坐標(biāo)。所以自動篩選檢驗批驗收工程的前提條件是施工建設(shè)項目中的每一個構(gòu)件都有其唯一工程坐標(biāo)且待驗收的檢驗批項目掛屬在某一個構(gòu)件下。因此檢驗批管理功能的實現(xiàn)還依賴于工程實體結(jié)構(gòu)樹。工程實體結(jié)構(gòu)樹的實現(xiàn)按照檢驗工程、標(biāo)段、工區(qū)、工點、構(gòu)件的順序依次創(chuàng)建對應(yīng)的層級結(jié)構(gòu)，其中每個構(gòu)件都包含其在施工建設(shè)項目中的坐標(biāo)。在實際施工現(xiàn)場中，當(dāng)相關(guān)技術(shù)人員通過指紋識別驗證其身份后，移動端后臺請求定位服務(wù)獲得其在施工現(xiàn)場的實際經(jīng)緯度，通過高斯-克呂格投影轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)，并與建設(shè)工程下所有構(gòu)件的坐標(biāo)進(jìn)行對比，根據(jù)歐氏距離篩選出一定范圍內(nèi)的所有構(gòu)件，進(jìn)而篩選出對應(yīng)的檢驗批驗收工程并返回至移動端供相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行操作。自動篩選檢驗批驗收工程的流程如圖3所示。圖4所示是移動端通過坐標(biāo)定位與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換自動篩選出檢驗批驗收工程結(jié)果。

圖3 自動篩選檢驗批驗收工程流程

4 結(jié)論

本文提出以檢驗批的規(guī)定和BIM為核心技術(shù)的高速鐵路建設(shè)信息化管理平臺建設(shè)方案，該方案采用可視化方式為建設(shè)項目在整個生命周期內(nèi)的所有決策提供可靠依據(jù)；引入檢驗批概念，對項目驗收規(guī)模和大小作出限制，使驗收過程更精確有效。同時，指紋識別和現(xiàn)場定位的結(jié)合能夠督促相關(guān)技術(shù)人員親臨施工現(xiàn)場快速完成驗收數(shù)據(jù)錄入。

圖4 自動篩選檢驗批驗收工程結(jié)果